恰拉水庫對(duì)淹沒區(qū)地下水環(huán)境的影響分析

方　銳，白國庫

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師塔里木墾區(qū)水管處，新疆 庫爾勒 841503)

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恰拉水庫對(duì)淹沒區(qū)地下水環(huán)境的影響分析

方銳，白國庫

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第二師塔里木墾區(qū)水管處，新疆 庫爾勒 841503)

地下水是目前淡水資源的主要來源，是我國可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，地下水環(huán)境的安全性也越來越引起社會(huì)各方的關(guān)注。以新疆恰拉水庫地下水環(huán)境研究為例，根據(jù)其水源和水文地質(zhì)條件，對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查、取樣和檢測，分析了水庫對(duì)周邊地下水水質(zhì)環(huán)境的影響程度和范圍，并計(jì)算了水庫大壩滲漏量。

恰拉水庫；地下水；水質(zhì)環(huán)境；影響分析

水庫的主要功能是攔洪蓄水，調(diào)節(jié)水資源供需關(guān)系，其次還主要有發(fā)電，灌溉，城鄉(xiāng)供水等作用。水庫的工程地質(zhì)條件影響著水庫工程位置及其規(guī)模。隨著壩址水文地質(zhì)條件的更加復(fù)雜，對(duì)壩址區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性的要求更高，也必然對(duì)工程所在地地下水系統(tǒng)造成影響。所以，在新的水利工程施工前，需要考慮工程對(duì)當(dāng)?shù)氐叵滤h(huán)境的影響程度以及會(huì)引起的變化。在河流上修建水庫，對(duì)周圍環(huán)境會(huì)有較大影響，如果水庫過量蓄水后地表水位升高，就會(huì)使淹沒區(qū)造成較大面積影響，進(jìn)而導(dǎo)致大壩滲漏。同時(shí)，工程對(duì)地下水流場也會(huì)有較大影響。

1　研究現(xiàn)狀與內(nèi)容

水庫的滲漏會(huì)導(dǎo)致很多問題，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)怎樣計(jì)算水庫滲漏做了大量研究，將分析水庫滲漏的基本方法分為定性分析、定量分析和半定量數(shù)值分析[1]。對(duì)于區(qū)域地下水流場影響的分析評(píng)價(jià)主要是建立三維非穩(wěn)定流體數(shù)值模型模擬研究，其主要的數(shù)值軟件有：Visual MODFLOW、GMS、FEFLOW、MT3D、PEST2000等。在2000年以后，國外很多學(xué)者描述了系統(tǒng)中對(duì)結(jié)果造成影響的模糊和不確定因素[2]，說明了水文地質(zhì)條件概化對(duì)數(shù)值模擬的重要性，采用了新的數(shù)學(xué)工具和研究方法進(jìn)行地下水的數(shù)值模擬。

本文的研究內(nèi)容主要是：新疆高原地區(qū)的地理概況和水文地質(zhì)條件；已實(shí)際區(qū)域水文地質(zhì)概況為根據(jù)，建立水庫區(qū)域地下水流場的概念模型，驗(yàn)證和校核水文地質(zhì)條件；建立地下水流場的數(shù)值模型，預(yù)測地下水流場未來的變化情況，對(duì)研究區(qū)地下水系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；通過分析模擬結(jié)果，對(duì)比水庫在蓄水前和蓄水后的滲流情況，得出新疆高原地區(qū)的水庫對(duì)淹沒區(qū)地下水系統(tǒng)的影響程度，計(jì)算出大壩在水庫蓄水后的滲漏量，為水庫大壩工程的建設(shè)及安全運(yùn)營提供參考。

2　工程概況

恰拉水庫位于新疆天山南麓塔里木盆地東北邊緣，塔河下游“綠色走廊”上段恰拉區(qū)域，巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣境內(nèi)。距尉犁縣城50 km，距庫爾勒市120 km。恰拉水庫于1958年動(dòng)工興建，1967年基本建成，以后逐年配套；運(yùn)行40余年，水庫處于病險(xiǎn)狀態(tài)，2001年被列入塔里木河近期治理標(biāo)志性工程之一，于2003年8月進(jìn)行擴(kuò)建，2005年底完工。完工后設(shè)計(jì)庫容1.60×108m3，屬大型平原灌注式水庫，蓄水水源主要為塔里木河和孔雀河來水。恰拉水庫通過恰鐵干渠配水給農(nóng)二師塔里木墾區(qū)，承擔(dān)著31團(tuán)、33團(tuán)、34團(tuán)40余萬畝耕地的農(nóng)業(yè)灌溉任務(wù)，其壩體為碾壓式均質(zhì)土壩，全長27.267 km，設(shè)計(jì)有2個(gè)放水涵洞，其中：1#放水涵洞設(shè)計(jì)流量8 m3/s，2#放水涵洞設(shè)計(jì)流量32 m3/s。

3　工程存在的主要問題

3.1庫岸穩(wěn)定問題

庫西北及庫東北多以固定及半固定沙丘為“天然堤壩”，植被較少，其固定性較差，表部流動(dòng)現(xiàn)象較突出,部分地段沙丘坡度過陡,一般為32゜～35゜,經(jīng)水庫多年運(yùn)行坡度減緩，但高水位時(shí)間延長將加劇自然砂堤的浪蝕及再造，為此，可針對(duì)不同“堤壩段”分別采取土緩坡，混凝土板加固等護(hù)坡措施[3]。

3.2水庫滲漏問題

庫盤地層巖性在勘探深度內(nèi)以粉細(xì)砂為主，只在局部地段地表至4 m深度內(nèi)夾薄層壤土及砂壤土透鏡體，厚0.2～2.5 m。表層2m范圍內(nèi)各土層滲透系數(shù)K值分別為：粉細(xì)砂K=2～8.83×10-3cm/s，屬中等透水地層，壤土野外試驗(yàn)K=5.78×10-5cm/s，室內(nèi)試驗(yàn)Kcp=1.83×10-4cm/s，為微透水層，可做為庫底防滲層，但該壤土層不連續(xù)，無防滲意義。

壩基沖、湖積粉細(xì)砂均屬中等透水地層，庫盤滲漏較大，但以水庫而言，水庫滲漏最終表現(xiàn)為壩下滲漏，滲漏損失是水庫重要問題之一。

3.3水庫淹沒問題

改建庫區(qū)淹沒主要是草場，所淹沒的草場主要是生長在庫東南壩外原為水洼地帶的水草及部分低矮沙丘上的少量葦草及紅柳，因己被水庫滲出水淹沒，沒有造成新的淹沒范圍，所以損失不大。

3.4庫周浸沒問題

水庫西側(cè)A線0+000-8+500段南側(cè)100 m處，塔河在枯水期，有排泄地下水的作用，但庫周圍地下水埋深受水庫補(bǔ)償影響大。水庫東南側(cè)由于無排泄地下水的通道，地下水埋深淺，影響范圍1.2 km，地下水礦化度3～10 g/L，地下水循環(huán)弱，排泄不暢，浸沒嚴(yán)重，根據(jù)以上情況，建議在距庫300 m處挖排渠降低水位，降低水的礦化度，減少浸沒影響的范圍[4]，該建議已在1999年得以實(shí)施，地下水埋深下降，礦化度降至2 g/L左右，影響范圍也有所減少，現(xiàn)庫東南岸0.5～1.5 km外的耕地生長的棉花長勢良好。

4　三維數(shù)值模擬

4.1建立概化模型

概念模型是進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，必須保證其準(zhǔn)確性。研究范圍一般選取一個(gè)完整的，具有自然邊界的天然地下水系統(tǒng)，盡量避免人為邊界條件概化過程中的誤差。在實(shí)際概化中，由于自然邊界不適用，可添加常用的人為劃分界限作為邊界，總之應(yīng)使邊界盡量符合真實(shí)情況[5]。本文選取了恰拉庫區(qū)和大壩作為研究區(qū)域。

研究區(qū)內(nèi)地下水含水層主要有第四系松散堆積層孔隙潛水和基巖裂隙水兩類。其中，第四系含水層潛水賦存于堆積層中，基巖含水層水積存在水庫岸邊基巖裂隙中。地下水的補(bǔ)給主要為大氣降水，由大壩向下游排泄，地下水位隨季節(jié)變化。巖體的透水性主要受節(jié)理裂隙發(fā)育程度及上賦卸荷的大小影響。

在確定了模型的側(cè)向邊界和垂直邊界條件后，恰拉水庫的概化模型就建立好了。

4.2三維數(shù)值模擬

使用MODFLOW根據(jù)上述概化模型，對(duì)含水系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間和空間上的離散化，設(shè)置定解條件，建立起恰拉水庫的數(shù)值模擬模型。模型示意圖見圖1。

圖1　三維立體概化示意圖

水庫蓄水后的地下水滲流模擬結(jié)果如圖2。

由模擬結(jié)果可得：水庫在達(dá)到正常蓄水位后，地下水位也相應(yīng)的升高；由于水庫大壩和岸肩的隔水作用，地下水繞過大壩，經(jīng)大壩兩側(cè)輸送至下游。大壩兩端的地下水水頭會(huì)增加，水壓也相應(yīng)增大。因此可知，水庫大壩的修建對(duì)區(qū)域地下水流場產(chǎn)生了較大影響，導(dǎo)致地下水流出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)流動(dòng)。同時(shí)淹沒區(qū)的地表水位升高，而大壩隔斷了水流，在壩基處產(chǎn)生了較高水壓，大壩兩側(cè)出現(xiàn)地下水繞流現(xiàn)象，從而產(chǎn)生繞壩滲漏的問題[6]。

4.3關(guān)于滲漏量的計(jì)算

該水庫壩體為混凝土面板堆石砌，水庫蓄水后水位抬升125 m，在壩基和壩肩處出現(xiàn)滲漏。對(duì)于壩基和壩肩滲漏量的計(jì)算，根據(jù)水利水電工程手冊(cè)中的公式計(jì)算，計(jì)算中壩基處地下水視為潛水。

式中：Q為滲漏量(m3/d)；K為巖體滲透系數(shù)(m/d)；b1為一過水?dāng)嗝鎸挾?m)；H為滲漏過程水頭損失(m)；H1為過水?dāng)嗝孀畲蟾叨?m)；h1為過水?dāng)嗝孀钚「叨?m)；li為滲漏途徑長度(m)；J為水力坡度。

圖2　地下水滲流模擬結(jié)果圖

滲漏位置KJb1H1h1Q壩基0.022.83242500245055382.359

表2　左、右壩肩滲漏參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

5　結(jié)語

本文以新疆恰拉水庫對(duì)區(qū)域地下水系統(tǒng)的影響為例，分析總結(jié)了水利工程建設(shè)產(chǎn)生的主要問題；建立了恰拉水庫的概化模型和數(shù)值模擬模型，對(duì)區(qū)域地下水流場進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)地下水逆流和繞壩滲漏問題；經(jīng)計(jì)算大壩滲漏量占年平均流量的3%，采取必要措施后不影響水庫運(yùn)行。

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[4]宋會(huì)香. 河口村水庫對(duì)下游地下水環(huán)境的影響[J].人民黃河.2011,(02):71-74.

[5]賀懷振,束龍倉,魯程鵬,等.擬建水庫對(duì)干旱區(qū)巴音河傍河地下水水源地的影響分析[J].水電能源科學(xué).2013,(12):186-190.

[6]黃濤,豐川,彭道平. 數(shù)值模擬法在水庫壩址區(qū)地下水環(huán)境影響分析中的應(yīng)用[J].四川環(huán)境.2013,(S1):65-69.

2016-03-08

方銳(1980-)，男，江蘇六合人，工程師，主要從事水利工程建設(shè)與管理方面的研究。

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1004-1184(2016)04-0089-02